Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟

利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型.热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关.焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型.模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处.同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中.与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.

光纤传感器超声波焊接嵌入1100铝箔

为了对光纤进行金属嵌入式封装,对T2紫铜与1100(L4)纯铝进行了超声波焊接试验,在焊接过程中进行了光纤传感器的嵌入试验.嵌入的光纤传感器分别选用裸光纤、化学镀层保护光纤、化学镀+电镀层保护光纤,对嵌入效果进行了比较.采用拉伸试验的方法对嵌入强度进行了测试;采用光检测计检测了嵌入后的光强损失.结果表明,纯铝箔可以做为光纤传感器金属封装的基体材料;化学镀加电镀的方法可以作为光纤保护方法;电镀光纤超声嵌入铝箔后光强损失0.22 dB;金属化光纤嵌入铝箔拉伸力达到45 N.

超声无铆静力学性能强化试验与机制研究

无铆连接是一种薄板材料连接新技术,可在无需预成孔和表面预处理情况下,实现同种、异种、多层薄板材料高效连接,但由于无铆接头静力学性能较低,极大地限制了该连接技术的推广与发展。为解决该问题,该文选用5A06铝合金与TA1钛合金进行同种金属无铆铆接,并在此基础上进行了超声金属焊接复合试验,基于静拉伸测试和扫描电镜分析,探究超声焊对无铆接头力学性能的强化机制。试验结果表明:超声焊可有效提升无铆接头力学性能,特别是对于铝合金无铆接头;超声焊使得铝合金板接头部分塑性提高,钛合金接头部分则得到硬化;超声焊后无铆接头的受力形式发生改变,从颈部受力变为先焊合区受力再颈部受力,这是超声焊复合强化的根本原因;超声焊可使铝合金无铆接头内部形成一定深度的固相焊,使铝合金接头力学性能得到大幅提升;TA1钛合金无铆接头内部固相焊较浅,力学性能提升相对较低。

铝/钢大功率超声波焊接过程模拟与试验验证

为了揭示大功率超声波焊接机理,以6061-T6铝合金和DC04低碳钢作为工件材料,建立了大功率超声波金属焊接的三维有限元热力耦合模型,模拟了焊接温度场以及工件塑性变形过程。模型中的焊接热源与超声功率有关;工件的超声软化与焊接振幅及频率相关。模拟结果表明:超声电功率转化为焊接热量的转化率呈指数上升,随后近似稳定;焊接区域最高温度为566℃,为铝合金熔点的87%;工件接触面的材料由外侧向焊头下方的中间区域发生塑性流动并堆积在区域边缘,促进了焊接界面形成,且堆积产生的焊接区域的面积远大于焊头端面面积;在焊接初期,焊头的下压表现为钢的嵌入,随后在超声软化和高温作用下,铝合金表面的嵌入速度加快,焊接结束时,钢和铝表面均达到最大的嵌入深度。

辅助电流对Cu/Al大功率超声波焊接的影响

为获得更高质量的Cu/Al异质金属接头,开展了Cu/Al电流辅助大功率超声波焊接工艺试验,研究了辅助电流对Cu/Al超声波焊接的界面温度、材料塑性流动、界面中间相(IMC)分布及接头力学性能的影响。结果表明,复合焊件成型良好,其接头抗拉剪力为3030N,接头的断裂模式为韧性-脆性复合断裂。在同样的焊接时间0.2s内,随着电流的增大,Cu/Al界面温度增加,金属塑性流动以及界面扩散也随之增强,这说明辅助电流能明显促进界面冶金;相比长时间0.4 s的超声波焊接,辅助电流能在保证界面温度、材料塑性变形的前提下,能明显减薄界面IMC层的厚度,这是电流增强Cu/Al接头的主要物理机制。研究结果为优化Cu/Al复合焊接头强度提供了参考。

铝钛异种板材超声无铆接头力学行为及失效机理

为提升无铆接头的静力学性能,采用了一种超声金属焊与无铆连接复合工艺。以5A06铝合金与TA1钛合金为基板,采用无铆连接工艺实现铝钛异种板材的连接并进行超声焊处理,通过拉伸-剪切实验和微观组织观察,探究了超声焊对异种板材无铆接头力学性能的影响。结果表明:超声焊可提升无铆接头的成形质量和静力学性能,尤其铝板为上板时。超声无铆复合工艺强化的根本机制是接头内部存在固相焊,从而使受力形式发生改变,从接头颈部受力变为先焊合区受力。超声焊处理提升了铝合金板的塑性,而钛合金板无明显变化。